《《电力电子技术》教学课件03电风扇无级调速器电路的制作与调试》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电力电子技术》教学课件03电风扇无级调速器电路的制作与调试（119页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子技术电力电子技术模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试交流调压电路任务二任务一双向晶闸管及双向触发二极管在日常生活中随处可见电风扇，它在炎热的夏天给人们送来阵阵凉风，那么电风扇是由哪些元件构成的呢？它的工作原理又是什么？以往采用的有级调速的电风扇体积大，耗能高。现在的电风扇多采用无级调速器，其体积小，耗能很少，旋转旋钮可以方便平稳地调节电风扇的转速，这是如何做到的呢？本模块将从最简易的电风扇无级调速器开始进行分析讲解。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试（1）掌握双向晶闸管及双向触发二极管的原理及选择。 （2
2、）能说出调压电路的几种控制方式及其适用范围。 （3）了解交流调功器、交流开关、固态开关的原理。 （4）掌握简易电风扇的工作原理，能设计并制作调试电风扇无级调速器。 （5）能够分析和设计简单的交流调压电路，并能对常见故障进行检修。 模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图3-2（a）是常见的电风扇无级调速器，旋动旋钮便可以调节电风扇的速度；图3-2（b）为电路原理图。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试图3-2 电风扇无级调速器及其电路原理图无级调速一般采用双向晶闸管作为电风扇的开
3、关。利用晶闸管的可控特性，通过改变晶闸管的控制角使晶闸管的输出电压发生改变，达到调节电动机转速的目的。如图3-2(b)所示，调速器电路主要由主电路和触发电路两部分构成，在双向晶闸管的两端并接RC元件，是利用电容两端电压瞬时不能突变，作为晶闸管关断过电压的保护措施。 本模块通过对主电路及触发电路的相关知识，双向晶闸管、氖管、交流调压电路、交流开关等内容的介绍和分析，使学生能够理解调速器电路的工作原理，进而掌握分析交流调压电路的方法。模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试模块三电风扇无级调速器电路的模块三电风扇无级调速器电路的制作与调试制作与调试想一想如果将图
4、3-2(b)中的负载换成灯泡，能否实现连续调光？具体电路工作原理请同学自行分析。若负载换成电熨斗、电热毯呢？双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管概述 一、双向晶闸管广泛应用于工业交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、家用全自动洗衣机调节、舞台调光灯调节等多种功能。双向晶闸管是一种控制交流功率的理想器件，主要应用于交流无触点继电器、交流相位控制等。双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，包括两个主电极T1、T2和一个门极G，但只有一个控制极。其内部结构、等效电路及图形符号
5、如图3-3所示。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-3 双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一由图3-3可见，双向晶闸管相当于两个普通晶闸管反并联，不过它只有一个门极G。其内部结构特点使得门极G相对于T1端无论是正的或是负的，都能触发，而且T1相对于T2既可以是正，也可以是负。双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式、平板式，如图3-4所示。常见双向晶闸管的引脚排列如图3-5所示。 图3-4 双向晶闸管的外形双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-5 常见双向晶闸管的引脚排
6、列双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。但它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，即无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的，都可以使双向晶闸管导通。由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反向峰值电压，而只用一个最大峰值电压，双向
7、晶闸管的其他参数则与单向晶闸管相同。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的导通条件是主电极与主电极之间加足够的正向或反向电压，同时门极与主电极之间加足够的正反向电压，两个条件均须满足。关断条件是阳极电流小于维持电流或主电极与主电极之间电压降为零，两个条件满足其一即可。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的特性 二、与普通晶闸管不同，双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。如图3-6所示，是一种理想的交流开关器件。正向部分位于第象限，反向部分位于第象限，并约定：双向晶闸管的T1极为正、T2极为负时的特性是第象限特性，而T1极为负、T
8、2极为正时的特性为第象限特性。图3-6 双向晶闸管的伏安特性双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式。 （1）+触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G电压为正，T2为负。特性曲线在第象限。 （2）-触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G电压为负，T2为正。特性曲线在第象限。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（3）+触发方式。主电极T1为负，T2为正；门极G电压为正，T2为负。特性曲线在第象限。 （4）-触发方式。主电极T1为负，T2为正；门极
9、G电压为负，T2为正。特性曲线在第象限。 由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中灵敏度不相同，以+触发方式灵敏度最低，所需门极触发功率很大，所以实际使用时要尽量避开。双向晶闸管常用在交流调压电路中，触发方式常选（+、-）或（-、+）。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的型号与参数 三、双向晶闸管的型号及含义双向晶闸管的型号及含义1.图3-7 双向晶闸管的型号及含义双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一国产双向晶闸管用KS表示。例如，型号KS50-10-21表示额定电流为50 A，额定电压为10级（1 000 V），断态电压临界上升率
10、为2级（不小于200 V/ s），换向电流临界下降率为1级（不小于1%IT(RMS)）的双向晶闸管。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的主要参数双向晶闸管的主要参数2.(1)额定通态电流IT(RMS)(额定电流)。双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不用平均值而是用有效值来表示。 双向晶闸管额定电流定义为：在标准散热条件下，当器件的单相导通角大于170时，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。表4-1中列出了部分电流系列对应的I
11、T(RMS)值。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管额定电流与普通晶闸管额定电流之间的换算关系式为 例如，100 A有效值的双向晶闸管，其峰值为1002=141 A，而普通晶闸管的额定电流是以正弦半波的平均值表示，峰值为141 A的正弦半波的平均值为141/=45 A。 由此推算，一个100 A的双向晶闸管与两个反并联45 A的普通晶闸管电流容量相等。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一额定通态电流的选择。双向晶闸管交流开关多用于频繁起动、制动和要求可逆运转的交流电动机，要考虑起动或反接电流峰值来选取元件的额定通态电流。对于绕线转子异步电
12、动机，最大电流为电动机额定电流的36倍，对笼型电动机则取710倍。例如，对于30 kW的绕线转子异步电动机和11 kW的笼型异步电动机，要选用200 A的双向晶闸管。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（2）断态重复峰值电压UDRM(额定电压)。双向晶闸管的断态重复峰值电压的分级规定列在表4-2中，实际应用时该电压通常取两倍的裕量，380 V线路用的交流开关，一般应选取1 0001 200 V的双向晶闸管。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一双向晶闸管的其他参数列于表3-3和表3-4中。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一（3）
13、换向能力。电压上升率(du/dt)c是一个重要参数，它反映双向晶闸管的换向能力。一些双向晶闸管的交流开关经常发生短路事故，主要原因之一是元件允许的c值太小。通常的解决方法如下。 在交流开关的主电路中串入空心电抗器，抑制电路中换向电压上升率，降低对双向晶闸管换向能力的要求。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一选用c值高的元件，一般选c值为200 V/s。 为了保证交流开关的可靠运行，必须根据开关的工作条件，合理选择双向晶闸管的额定通态电流、断态重复峰值电压（铭牌额定电压）及换向电压上升率。KS型双向晶闸管的主要参数见表3-5。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触
14、发二极管任务一双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一 双向晶闸管的触发电路 四、 双向晶闸管的常用控制方式有两种：一种是移相触发，与普通晶闸管一样，是通过控制触发脉冲的相位达到调压的目的；另一种是过零触发，适用于调功电路及无触点开关电路。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一简易触发电路简易触发电路1.图3-8所示为双向晶闸管的简易触发电路。图3-8(a)为双向晶闸管阻容移相电路，图中当开关S拨至“2”，双向晶闸管VT只在+触发，负载RL上仅得到正半周电压；当S拨至“3”时，VT在正、负半周分别在+、-触发，RL上得到正、负两个半周的电压，因而比置“2”
15、时电压大。图3-8 双向晶闸管的简易触发电路双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-8(b)图3-8(d)中均引入了具有对称极性的触发二极管VD，这种二极管两端电压达到击穿电压数值（通常为30 V左右，不分极性）时被击穿导通，晶闸管便也触发导通。调节电位器RP改变控制角，实现调压。 目前生产的双向晶闸管，不少已经把VD和VT集成在一起，门极经过双向触发二极管VD引出，使用时更方便。双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一图3-8(c)与图3-8(b)的不同点在于前者中增设了R1、R2、C2。在图3-8(b)中，当工作于大值时，因RP阻值较大，使C1充电
16、缓慢，到角时电源电压已经过峰值并降得过低，则C1上的充电电压过小，不足以击穿双向触发二极管VD；而图3-8(c)在大时，C2上可获得滞后的电压uC2，给电容C1增加一个充电电路，保证在大时VT能可靠触发，增大了调压范围；图3-8(d)是电机调速电路。 双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路2.图3-9所示为单结晶体管触发的交流调压电路，调节RP的阻值可改变负载RL上电压的大小。图3-9 单结晶体管触发的交流调压电路双向晶闸管及双向触发二极管双向晶闸管及双向触发二极管任务一集成触发器集成触发器 3.图3-10所示为KC06组成的双向晶闸管移相交流调压电路。KC06为16引脚双列直插式集成元件，用于单相或三相全控桥式整流装置。触发脉冲从9端子输出，在一个周期内脉冲到来越早，双向晶闸管的导通角越大，输出电压（负载电压）的有效值就越大。该电路主要适用于交流直接供电的双向晶闸管或反并联普通晶闸管的交流移相控制。RP1用于调节触发电路锯齿波斜率；R4、C3用于调节脉冲宽度；RP2为移相控制电位器，用于调节输出电压的大小。双向晶闸管及双向触发二
